4HS-MG迷宫压缩机密封性能分析与密封齿优化结构设计研究

摘要

迷宫密封为一种广泛应用于石油化工、航天发动机、鼓风机等动力机械上的非接触密封形式，其主要优点是结构简单、使用寿命长、可靠性高。迷宫密封在工作过程中，构件之间没有摩擦，从而不需要润滑（油），减少机器使用时的磨屑和油污染等问题。迷宫压缩机是采用迷宫密封结构取代传统的活塞环的往复式压缩机。由于迷宫密封本身存在着一定的缺陷，如气体泄漏的损失，且气体泄漏量、泄漏速度，这些都是影响迷宫压缩机能否正常使用的重要因素。因此深入研究气体在迷宫结构的流动机理和迷宫结构内部流场的能量消耗，对减少密封结构的气体泄漏，提高迷宫压缩机的效率有着重要的意义。
　　本文以4HS-MG型迷宫压缩机为研究对象，通过对气缸和活塞的结构抽象简化，建立活塞和气缸的二维模型，选取FLUENT中的动网格技术对模型进行仿真模拟，分析气缸内部流场的情况，最终完成其迷宫结构的优化。本文主要研究工作为以下几个方面：
　　1、基于目前国内外对迷宫密封的研究现状，重点研究了迷宫密封的机理，针对4HS-MG型迷宫压缩机，确定计算流体的性质、CFD软件的选取和设计CFD的分析流程。
　　2、以FLUENT为仿真计算平台，依据活塞的实际运动规律，进行UDF的编写。确定迷宫密封模型的数值模拟步骤，并设定迷宫密封参数及边界条件，建立流场的湍流模型。
　　3、结合动网格技术和正交试验法，对影响迷宫密封泄漏量的关键参数进行对比分析，从而获得该模型的最优方案，通过仿真和理论计算验证其正确性。
　　4、在前面研究的基础上，分析不同迷宫齿型对密封性能影响，并详细的研究矩形深宽比和梯形深度和夹角的影响，最终提出合理的优化模型。通过将模拟得到泄漏量与经验公式进行对比，为工程实践设计提供可靠的参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 往复式迷宫压缩机的简介

1.3迷宫密封理论

1.4迷宫密封的国内外研究现状

1.5 本课题的研究内容

本章小结

第2章 迷宫密封流场的数值模拟理论基础

2.1 计算流体力学理论基础

2.2 CFD 数值模拟方法

2.3 FLUENT动网格技术理论研究

本章小结

第3章 基于迷宫压缩机的流场计算模型参数

3.1 模型的建立

3.2数值模型的假设

3.3边界条件的设置

3.4 FLUENT设置

3.5湍流模型

3.6 性能评价方法

本章小结

第4章 4HS-MG迷宫压缩机密封性能分析研究

4.1迷宫压缩机转速对密封性能的分析

4.2 影响密封性能因素主次分析

本章小结

第5章 4HS-MG迷宫压缩机密封结构的优化

5.1 一种新齿型结构的提出

5.2 矩形空腔结构的优化

5.3 梯形空腔结构的优化

5.4 最终模型优化

本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢